En electrónica, una fuente de alimentación

Fuente de alimentación
En electrónica, una fuente de alimentación
es un circuito que convierte la tensión alterna de la red de energía eléctrica en una
tensión prácticamente continua.
TIPOS DE FUENTES
Las fuentes lineales siguen el esquema:
transformador, rectificador, filtro, regulación y salida.
En primer lugar el transformador adapta los niveles de tensión y proporciona aislamiento galvánico.
El circuito que convierte la corriente alterna en continua se llama rectificador, después suelen llevar un circuito que disminuye el rizado como un filtro de condensador.
 La regulación se consigue con un componente disipativo regulable.
 La salida puede ser simplemente un condensador.
Las fuentes conmutadas tienen por esquema: rectificador, conmutador, transformador, otro rectificador y salida. La regulación se obtiene con el conmutador,
normalmente un circuito PWM(Pulse Width Modulation) que cambia el ciclo de
trabajo. Aquí las funciones del transformador son las mismas que para fuentes
lineales pero su posición es diferente. El segundo rectificador convierte la señal
alterna pulsante que llega del transformador en un valor continuo. La salida puede
ser también un filtro de condensador o uno del tipo LC.
Las ventajas de las fuentes lineales son una mejor regulación, velocidad y mejores características EMC. Por otra parte las conmutadas obtienen un mejor rendimiento, menor coste y tamaño.
Corriente alterna
Se denomina corriente alterna (abreviada CA en español y AC en inglés, de Alternating Current) a la corriente eléctrica en la que la magnitud y dirección varían
cíclicamente. La forma de onda de la corriente alterna más comúnmente utilizada
es la de una onda sinusoidal (figura 1), puesto que se consigue una transmisión
más eficiente de la energía. Sin embargo, en ciertas aplicaciones se utilizan otras
formas de onda periódicas, tales como la triangular o la cuadrada.
Utilizada genéricamente, la CA se refiere a la forma en la cual la electricidad llega
a los hogares y a las empresas. Sin embargo, las señales de audio y
de radio transmitidas por los cables eléctricos, son también ejemplos de corriente
alterna. En estos usos, el fin más importante suele ser la transmisión y recuperación de la información codificada (o modulada) sobre la señal de la CA
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Corriente continua
La corriente continua (CC en español, en inglés DC,
de Direct Current) es el flujo continuo de electrones a
través de un conductor entre dos puntos de distinto potencial. A diferencia de la corriente alterna (CA
en español, AC en inglés), en la corriente continua
las cargas eléctricas circulan siempre en la misma dirección (es decir, los terminales de mayor y de menor
potencial son siempre los mismos). Aunque comúnmente se identifica la corriente
continua con la corriente constante (por ejemplo la suministrada por una batería),
es continua toda corriente que mantenga siempre la misma polaridad.
CAUSAS MAS
ALIMENTACION.
HABITUALES
DE
AVERIA
EN
LA
FUENTE
DE
La fuente de alimentación es un elemento esencial de nuestro ordenador y
es también uno de los que le prestamos
menos atención.
Ya hemos hablado de ella en el tutorial Que fuente de alimentación comprar, por lo que no me voy a extender
mucho en la explicación de sus funciones, pero si en sus averías y problemas
que estas pueden causar.
La fuente de alimentación es la encargada de suministrar la energía que nuestro
ordenador necesita para funcionar, pero un ordenador es una máquina de precisión y necesita que esta alimentación sea en todo momento estable y dentro de
unos márgenes de tolerancia que en algunos elementos son mínimos.
Como en todo, dentro de las fuentes de alimentación hay un gran surtido de mode
los y sobre todo de calidades.
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A este respecto hay que señalar que la calidad de las fuentes de alimentación que
suelen traer las cajas es (salvo algunas excepciones, y por supuesto no me refiero a las de los ordenadores de marca) no es muy buena.
Cuanto más barata sea el case peor será la fuente de alimentación que traiga.
La calidad de una fuente de alimentación nos va a ahorrar muchos problemas y, a
la larga, dinero.
Cada vez son más los fabricantes de cajas de calidad que no incorporan este
elemento, por lo que se debe comprar aparte.
Las averías en la fuente de alimentación pueden ser de dos tipos:
- La fuente deja de funcionar.
Es el tipo de avería más fácil de localizar, ya que nuestro ordenador simplemente
no va a encenderse.
- Deja de suministrar las tensiones correctas.
Esto último es más difícil de detectar y sobre todo muchísimo más peligroso, ya
que no solo se avería la fuente de alimentación, si no que como consecuencia de
esto se pueden estropear otros componentes del ordenador, en especial la placa
base, la memoria y los periféricos (disco duro, unidades ópticas y lectores de medios).
Podemos detectar estas averías por una serie de problemas que empieza a darnos, como errores de lectura, bloqueos sin motivo aparente, dispositivos que fallan estando en perfecto estado, problemas de encendido, etc.
Este tipo de avería, como ya hemos dicho, son muy peligrosas, por lo que si tenemos indicios que que pueden estar ocurriendo debemos llevar lo antes posible
la fuente a que nos la comprueben o bien cambiarla por otra.
Hay programas de testeo, como el Everest y otros similares, que nos indican los
voltajes exactos que le están entrando a la placa base. Es conveniente que de
vez en cuando perdamos 5 o 10 minutos observando si las tensiones suministradas son correctas y, sobre todo, estables.
Debemos tener en cuenta que la fuente de alimentación es la primera barrera que
tiene el ordenador para defenderse de problemas relacionados con sobretensiones, por lo que es el primer elemento en caer (y afortunadamente el único en la
mayoría de los casos) cuando esta sobretensión se produce.
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Imagen de un circuito quemado en
una fuente de alimentación. A la derecha podemos ver los efectos de
una sobretensión en el conector ATX
de la fuente. Imaginaros como quedó
la placa base.
Las principales causas de avería de una fuente de alimentación son:
Sobretensión.
Una subida inesperada de tensión va a provocar en la mayoría de los casos la
avería de la fuente de alimentación.
Esta avería puede ser más o menos grave dependiendo de la intensidad de la
sobretensión. En muchos casos se va a limitar a fundir el fusible de seguridad, por
lo que con sustituir este fusible tendremos solucionado el problema, pero si se
trata de una subido muy grande puede llegar a quemar la fuente, por lo que no
tendremos más remedio que sustituirla por otra. Esto de quemar la fuente puede
llegar a ser en el termino más literal de la palabra, llegando incluso a arder.
Es muy difícil evitar esto, sobre todo en el caso de sobretensiones importantes,
pero nunca está de más algún medio de protección, como puede ser un SAI, una
regleta de enchufes con protección o tener la precaución de desconectar el cable
de alimentación de la fuente en caso de corte de electricidad (los mayores problemas de sobretensión se dan al volver a restablecerse el suministro o cuando (y
esto es totalmente real) el operario de turno se equivoca y conecta la red a 380 en
vez de a 220).
Si se trata solo del fusible fundido, podemos sustituirlo por otro de idénticas características. Si la avería es ya mayor, lo mas conveniente es cambiar la fuente de
alimentación por una nueva.
Cualquier manipulación de la fuente de alimentación debemos hacerla SIEMPRE con ésta totalmente desconectada y aún así la fuente lleva unos
condensadores que, según donde esté el problema puede dejarlos cargados durante años a 400 voltios, aún estando desconectada de la luz.
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Exceso de temperatura.
Imagen de una fuente de alimentación de
gama alta Zalman ZM600-HP ultra silenciosa. Puede verse la refrigeración por circuito de aceite.
La fuente de alimentación es uno de los
elementos del ordenador que más temperatura genera. Esto se debe que todos los
transformadores se calientan y a la potencia que tienen.
Las averías por sobrecalentamiento suelen avisar, ya que antes de estropearse
definitivamente da una serie de síntomas, como por ejemplo apagarse el ordenador al poco tiempo de conectarlo, volviendo a funcionar pasado un cierto tiempo
(evidentemente, el tiempo que la fuente de alimentación necesita para bajar su
temperatura).
Los motivos de que se caliente en esceso suelen ser tres:
- Una mala ubicación.
Debemos asegurarnos que la fuente de alimentación no tenga ningún obstáculo
para evacuar el aire caliente que sale de ella, manteniendo una distancia mínima
entre esta y la pared o el fondo del mueble donde esté situado en ordenador de al
menos 10 cms. (15 cms. en zonas donde haga mucho calor), así como asegurarnos de que le entra suficiente aire fresco.
- Ventilador que no funciona.
Hay que comprobar cada cierto tiempo que el ventilador de la fuente de alimentación funciona correctamente, evacuando la cantidad necesaria de aire caliente
para mantener a la fuente en su temperatura óptima de funcionamiento. Si el ventilador se estropea deja de circular el aire y la fuente no refrigera. Ruidos fuera de
lo habitual es estos ventiladores son síntomas de que no están funcionando correctamente y pronto van a dejar de hacerlo.
Esta avería es bastante frecuente, pero si tenemos algunos conocimientos de
electricidad (los suficientes para hacer un empalme de dos hilos, a ser posible
mediante soldadura) la podemos solucionar nosotros mismos, ya que las fuentes
de alimentación suelen llevar ventiladores estándar de 8 o 12 cm., que no suelen
ser caros.
- Suciedad acumulada.
Por tratarse de un elemento de transformación de electricidad (que ya de por si es
un imán para el polvo y la suciedad) y de un elemento por el que circula una gran
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cantidad de aire, las fuentes de alimentación acumulan una gran cantidad de polvo y suciedad.
Tanto uno como el otro impiden una correcta evacuación de la temperatura de los
distintos componentes de la fuente, llegando a causar un calentamiento excesivo
que termina por causar averías.
Si bien la fuente de alimentación es un elemento que está cerrado, podemos
desmontarla de la caja y limpiarla con un bote de aire especial para limpiar piezas
de electrónica o usar un equipo de soplador . También podemos abrirla y limpiarla
con una brochita.
Fuente de alimentación abierta para su limpieza.
Hay que recordar que cualquier
manipulación de la fuente de
alimentación debemos hacerla SIEMPRE con esta totalmente
desconectada.
Hay que señalar que en este caso las soluciones que se indican
son preventivas, ya que una vez
que se ha estropeado la fuente la
solución suele ser cambiarla por
una nueva.
Llevarla a reparar tan solo nos va a compensar cuando se trate de una fuente de
calidad (y de precio alto).
Reparación de Fuentes de PC.
En esta nota hay algunas recomendaciones, de reparación de fuentes de computadoras PC.
Las fotografías muestran una fuente de PC sin los correspondientes transistores
de la etapa primaria y los rectificadores de la sección secundaria de la misma.
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Primario
Secundario
La sección primaria es donde se encuentra la entrada de CA de red eléctrica, los
diodos rectificadores, filtros y demás componentes de esa etapa.
La sección secundaria es donde se encuentran todos los componentes necesarios para rectificar y filtrar los diferentes voltajes que debe proveer la fuente además de los circuitos para controlar y regular el funcionamiento de la misma. Pueden apreciar los cables rojos, negros, etc., de los diferentes voltajes de salida de
la fuente.
Por experiencia generalmente se cambia, siempre y cuando, las mediciones dieran lecturas contrarias a las especificaciones técnicas de cada componentes y de
acuerdo a los síntomas de la fuente tanto desde el primario, como del secundario.
Primario Fusible (1) quemado
Previo a cambiarlo revisar con el multímetro, el puente rectificador, verificar cortos
en los diodos (lectura cero), para ello conectar el tester probando en todos los
sentidos entre las dos “patas” de las cuatro que tiene, si es un puente de cuatro
diodos, o bien cada uno de ellos si se trata de diodos individuales.
Si están en corto o con diferencias en las mediciones, cambiarlos.
Luego seguir con los transistores, sin desoldarlos, no deben indicar nunca “corto”
y siempre las mismas mediciones entre ellos, o sea colector con base lo mismo
que el colector con la base del otro. Cambiarlos si presentan fugas.
Luego hay un conjunto de pares de resistencias, capacitores electrolíticos y diodos (2) o sea 2 resistencias de 2.2 o 1.5 ohm, 2 diodos 1N4140, 2 capacitores
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electrolíticos de 10 uF, etc inclusive los condensadores grandes, normalmente de
220 uF x 200 volts o similares.
Cada uno de ellos va conectado de la misma manera a uno y otro transistor, quiere decir que al medir en el mismo sentido con las puntas del multímetro en cada
uno de ellos, las mediciones debe ser exactamente iguales. En caso contrario,
sacar el componente afuera y medirlo, para ello se puede desoldar solo la “pata”
de más fácil de acceso y hacer la medición.
Ese es todo el misterio del área primaria y se deben hacer esas mediciones, si o
si, ya que cualquier componente que este en corto en esa área dañaría los transistores y seria un ciclo de nunca acabar.
Fusible sano:
Igual al procedimiento anterior. Normalmente no se quema el fusible, sí, se “abre”
uno de los componentes como los transistores por ejemplo.
Algunas veces si la fuente trabaja intermitente, especialmente en frío, no arranca
o lo hace luego de varios intentos de prenderla y apagarla, es por lo general, que
los diodos (3)1N4140 o similares tienen fuga o los capacitores pequeños están
casi “secos”.
Secundario En el secundario del transformador (4) pequeño hay generalmente
pares de transistores, diodos 1N4140, y capacitores pequeños a los que hay que
desconectar y verificar “fugas” o “cortos” al igual que del área primaria. He encontrado, en ocasiones, que los transistores pequeños, siguiendo el orden de sus
característica con el multímetro, parecen estar bien pero resulta que en ambos no
debería haber resistencia entre el colector y el emisor y sin embargo haciendo
pulsos con las puntas del prueba entre los patitas mencionadas resulta que el
multímetro marcaba fugazmente fuga muy alta. Al reemplazarlos las fuentes encendieron sin problemas en frío.
Verificar si no hay cortocircuito en cada una de las salidas de los cables rojo/amarillo/azul y blanco, que corresponden a los +5 +12 -5 y –12 respectivamente de ser así seguir el circuito levantando componentes y verificándolos lo que
solo puede haber es una resistencia en paralelo con las masa cable negro de entre 40/300 ohm, pero no un “corto” bien claro.
Por ultimo, si todo esta bien pero la placa madre no funciona o lo hace igual, revisar que no se ha pasado nada por alto.
Tensión de PG
Falta lo más importante. Al final de la reparación la medición más importante de
las tensiones es la tensión denominada PG, tensión de control todas las fuentes
las tiene y es el cable naranja (o de otro color) que en la placa de la fuente puede
o no estar identificado, pero es el cable que sobra a la salida de la fuente y no
responde a ninguna de las tensiones mencionadas anteriormente.
Para comprobarla, estando “cargada” la fuente con una lámpara de 12V 40W la
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salida de los +5V (entre el cable rojo y uno de los cables negros), la tensión en
PG debe ser igual a 5V. De no estar presente esa tensión, seguir sus conexiones
y comprobar los componentes involucrados, puede haber alguna “fuga” o bien
algún transistor pequeño dañado o falsos contactos.
Algunas veces se tiene que cambiar el CI de control, otras alguna resistencia fuera de valor o hasta uno de los capacitores pequeños en el área primaria hacia que
trabajara uno solo de los transistores y las tensión de +12 estaba presente, pero
no así las restantes.
Cara de soldaduras de una fuente AT
Presentamos la cara de las soldaduras
con mayor detalle, fíjense como el primario esta totalmente separado del secundario en cuanto a soldaduras. Electrónicamente no es así, ya que uno de los bobinados del transformador más pequeño esta conectado hacia el primario dándole
tensiones y corrientes para permitir el control ante cortos y sobre las tensiones
finales secundarias.
Si estas fotos se imprimen sobre transparencias, y montamos una sobre otra al
trasluz, veremos el circuito completo y serán mas fáciles las mediciones siguiendo
los parámetros que deben dar cada una en las mediciones.
Diferencias entre AT y XT
Entre una fuente XT y una AT no hay diferencias. Puede existir una notable ampliación del
tamaño de su alojamiento, pero la circuiteria
sigue siendo la misma hasta tal punto que en
varias ocasiones llegue a desarmar y reparar
fuentes XT colocándoles plaquetas de las AT.
No tengan temor: desarmen, cambien plaquetas, etc... Las tensiones son las mismas y
las disposiciones de las salidas de tensiones
también, por más que cambien los colores de
los cables (como en el caso de las Compaq o
IBM). Los colores no son normas establecidas.
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Como podrán apreciar esta es una fuente ATX, y no hay diferencias en su conformación física externa:
Ahora bien, ¿en que se diferencian las circuiteria de las XT/AT con las ATX?
Muy sencillo el primario no cambia para nada, una R más o menos, pero no significan diferencias sustanciales, ya que si incrementan una R lo hacen por dos o si
colocan otro transistor lo hacen para reforzar las corrientes o hacerlas más confiables en la conmutación del par de transistores del lado del primario
La diferencia fundamental está en que no hay llave de encendido, ya que se realiza un encendido por "software" a través de líneas de control.
PERO CUIDADO, RESULTA QUE EL PRIMARIO ESTA SIEMPRE
FUNCIONANDO A LOS 110/220 CON TODAS SUS CAPACIDADES...
PELIGRO... PELIGRO. No hay forma de solucionar este tema, lo único que se
puede hacer es aislar la fuente con un trafo de 220 / 220, si las razones la justifican como por ejemplo se debe medir tensiones o corrientes dentro de ella.
La placa base de la PC, es la que a través de un pulso, le da la orden de encendido pleno a la fuente y es cuando uno escucha el típico sonido del ventilador, eso
implica que la fuente esta entregando, aun apagada, dos valores de tensión:
 Los 3,3 volts a la CPU
 Los +5 volts de mantenimiento
Lo cual significa que con la fuente enchufada a la red no se debe tocar la placa
base, ya que ésta recibe aún alimentación. En ciertos casos incluso puede estar
funcionando la CPU y la memoria, denominado modo Sleep o de espera, por lo
que se puede averiar algo si manipulamos el ordenador así.
No obstante hay que mencionar que si apagamos el ordenador completamente,
sin activar el modo de espera, sólo ciertas zonas de la placa base estarán funcionando para realizar el arranque.
Siempre es recomendable desenchufar la fuente.
Un ejemplo de las consecuencias que acarrean las fuentes ATX en los servicios
técnicos es que en muchos casos el ordenador se arranca sólo al insertar alguna
placa en los slots de expansión, o viceversa, con el consecuente peligro de avería.
Si en algún caso la fuente no se apaga al pulsar el botón de apagado hay que
dejar pulsado éste hasta que se apague.
Las fuentes XT/AT solo tiene las tensiones +5 +12 5 -12 y la tensión de control PG (+5 con carga en los
+5, cable rojo).
Las ATX tiene las mismas tensiones además de la
de +3,3 volts, tres cables de color naranja y cambia
el color de naranja de los +5 PG (mantiene esta
misma tensión) por otro color que en la mayoría de
los casos es de color gris, y además incrementa un
cable mas de color normalmente verde, que es el
arranque por soft de la fuente (la placa base la
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manda a masa, o sea a uno de los tantos negros
que salen de la fuente).
Para ver si la fuente esta bien solo hay que puentear el cable verde con uno de los negros, previo a
cargar la fuente con una lámpara de 12 v / 40 w sobre el cable rojo y un negro de la fuente, para luego
medir que las tensiones estén presente
Pin
Nombre
Descripción
3,5,7,13,15,16,17
GND
Tierra/masa
4,6,19,20
Voltaje positivo
+5V
10
voltaje positivo
+12V
12
voltaje negativo
-12V
18
voltaje negativo
-5V
8
PG Power good (tensiones estabilizadas)
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+5V Stand By (tensión de mantenimiento)
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PS-ON Soft ON/OFF (apagado/encendido por Soft).
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